[发明专利]一种多维信息联合的卫星导航欺骗式干扰源直接定位方法

权利要求书

1.一种多维信息联合的卫星导航欺骗式干扰源直接定位方法，其特征在于包括下述步骤：

步骤1：建立包含到达时延、多普勒频移和信号导向矢量的目标源信号数据的基带接收模型，并对目标源信号进行数据采集；

空间中存在Q个欺骗式干扰源，在t时刻，每个欺骗式干扰源的发射信号模型s_q(t)表示为：

其中，对第q个欺骗式干扰源，a_m,q表示第m个发射符号，c_i,m,q为其扩频序列对应的第i个码片，T_c,q为码片周期，I_q是扩频因子，t_0q是发射时间，δ_q(t)为发射端脉冲成型器的时域波形；

空间存在L个接收站，每个接收站上有K个接收天线，各个接收站对接收信号已完成解调，各站之间已实现时频同步；对第l个接收站，在t时刻，接收信号模型表示为：

其中，r_l(t)＝[r_l,1(t),r_l,2(t),......,r_l,K(t)]^T，r_l,k(t)表示l个接收站上第k个天线上的接收信号，n_l(t)为均值为0，方差为σ²的复高斯白噪声，对第q个欺骗式干扰源，在第l个接收站上，d_l,q为天线阵列响应，b_l,q为信道响应，f_l,q表示信号传输的多普勒频移，τ_l,q是信号传输时延，其中，d_l,q表示为：

d_l,q＝exp[-j2π(α₁,α₂,......,α_K)^Tβ_l,q] (3)

表示第k个天线的坐标位置，β_l,q表示为：

其中，对于第q个干扰源，第l个接收站上的俯仰角及方位角分别表示为θ_l,q、欺骗式干扰源q的运动速度为v_q，其位置为p_q，则p_l处的观测站接收到的信号中的多普勒频移f_l,q表示为：

式(5)中，f_c为信号原始载波频率，c为光速，||·||表示取范数；

f_l,q、τ_l,q取决于接收站与欺骗式干扰源之间的相对运动速度和位置，d_l,q仅取决于两者之间的位置，三个未知量均与欺骗式干扰源位置p_q有关；

步骤2：在接收端已知扩频码片c_i,m,q、成型脉冲形状δ_q(t)、码片周期T_c,q、扩频因子I_q的前提下，通过最大似然估计方法构造关于估计的欺骗式干扰源位置的似然函数；关于未知参量的极大似然函数为：

即

对式(7)取对数可得：

最大化式(6)等价于最大化式(8)，忽略常数项，则关于干扰源位置的最大似然估计转化为如式(9)所示的优化问题：

故最大似然准则下，关于干扰源位置的代价函数为：

式(10)中，

式(10)～(12)中，表示对于变量x的估计值或假设值；式(10)～(12)中与第q个欺骗式干扰源位置有关的变量为和分别表示第l个接收站的第k个阵元上，第q个辐射源所产生的多普勒频移、传输时延、阵列响应的假设值，欺骗式干扰源位置与均无关：

将式(11)带入式(10)，得到关于似然函数的闭式表达式：

式(13)中，

式(14)表示对接收信号r_l,k(t)进行匹配滤波，当估计的多普勒频移、传输时延和阵列响应最接近真实的多普勒频移、传输时延和阵列响应时，匹配滤波的能量达到最大；接收端至少接收M个发射端的符号，y_l,q表示的能量，与τ_l,q无关，故令y_l,q＝1；当匹配滤波后的信号能量达到最大，并且时，式(13)的似然函数取得最大值，故写为：

步骤3：对于用不同码序列进行扩频的欺骗式干扰源，用不同的扩频码片c_i,m,q和扩频因子I_q对接收信号进行解扩，并求解似然函数；

将步骤2中的式(12)带入式(14)，得到x_l,k,q关于估计符号的表达式：

其中，

式(19)中，

对于第q个欺骗式干扰源，在第l个接收站的第k个天线阵元上，表示第m个符号的第i个码片的估计值，表示由与已知扩频码片的相关结果，均取决于由假设的欺骗式干扰源位置计算得到的为已知扩频码片，由于不同欺骗式干扰源所用扩频码序列可能不同，因此DS-DPD算法在定位时对不同干扰源分别处理，式(16)表示第q个干扰源定位的代价函数；如果多普勒频移值远小于信号带宽，并且经过匹配滤波后，码脉冲的能量集中至零频附近；式(19)近似表示为：

式(21)中，是接收信号经过接收端匹配滤波器后得到的；将式(17)带入式(16)，得到：

其中，

式(23)中的是一M维行矢量，记为表示由式(18)～式(20)估计出的第q个欺骗式干扰源的符号集合，表示根据第l个接收站上所有阵元的接收信号与第q个辐射源的扩频序列联合估计到的第m个符号，表示为：

由于y_l,q＝1，故有因此最大化式(22)相当于求解Q_q的最大特征值，表示为λ_max(Q_q)，式(18)表示为：

Q_q是一个M×M维的相关矩阵，令Q_q＝VV^H，则与Q_q有相同的非零特征值，式(25)写成：

若存在一估计位置使得上式(23)的似然函数取得最大值，此时即为DS-DPD算法的定位结果，其优化模型表示为：

式(26)中，是一个L×L的矩阵，其第r行，第c列元素记为：

当r≠c时，式(28)为各个接收站估计的符号间的互相关；从式(18)、式(21)中看出，这些估计到的符号是由估计的码片与真实码片解扩产生的，估计码片时补偿了传输时延、多普勒频移和阵列响应带来的影响；当假设的欺骗式干扰源位置为真实位置时，估计的时延、多普勒频移和阵列响应与真实的时延、多普勒频移和阵列响应最接近，这将导致接收信号与扩频码序列对齐，因而产生较大的相关性，故相关值最大时的坐标位置对应于估计到的欺骗式干扰源的最佳位置；

确定目标干扰源位置时可采用地理网格搜索法寻找满足式(27)的位置坐标在实际应用中，先用侦察设备确定目标干扰源大致位置范围，对该范围进行疏网格划分，对每个网格计算目标函数值，即式(26)中进行空间谱峰搜索找到目标函数最大时的网格位置，即目标干扰源所在网格，再对该网格进行细划分并计算目标函数值，多次细划分后，可得到精确的目标干扰源位置估计值。